中國粉體網(wǎng)訊 近年來，固態(tài)電池干法電極工藝技術取得了顯著進展。在材料選擇方面，研究人員開發(fā)了適用于干法電極的新型粘結劑和導電劑，如熱塑性聚合物和碳納米管等，這些材料不僅具有良好的粘結性和導電性，還能在干法工藝條件下實現(xiàn)均勻分散。在工藝優(yōu)化方面，通過改進混合設備和優(yōu)化工藝參數(shù)，如混合時間、轉速和溫度等，有效提高了電極材料的均勻性和一致性。
設備創(chuàng)新是推動干法電極技術發(fā)展的關鍵因素。新型干法電極設備采用先進的粉末分散和壓延技術，能夠實現(xiàn)更精確的厚度控制和更高的生產(chǎn)效率。
干法電極技術
干法電極是一種新型的電極制備技術，不使用液態(tài)溶劑，直接將活性材料、導電劑和粘合劑的固態(tài)粉末混合在一起。其制作過程為：先將活性材料、導電劑、粘合劑混合，混合過程中粉末被拉成纖維狀，再將纖維狀的物質壓成薄片貼在箔體。
制備方式有粘合劑原纖化和靜電噴涂兩種。
粘合劑原纖化是主流制造方法，該方法主要分為粉料混合、纖維化、輥壓三大環(huán)節(jié)。粘合劑原纖化方法在混合環(huán)節(jié)需要將直徑較大的顆粒更加粉碎，降低后續(xù)安全隱患，粉料混合時的溫度也需要注意，防止纖維化時間提前，讓粘合劑分布的更加均勻。在纖維化環(huán)節(jié)，需要注意不同材料的纖維化時間不同，進而達到工藝改進，另外纖維化過程阻力大，程度不均勻等也需要注意。輥壓環(huán)節(jié)則更是對設備的力度、精度、均勻度提出更高要求，這點在正極上尤為明顯，正極粉體材料易碎，需要更大壓力來壓緊。使用該制作方法的企業(yè)主要分布于美國、中國、德國，比如美國Maxwell/Bosch，中國海博瑞恩電子，德國TU Dresden等。
靜電噴涂法則是使用高壓氣體，將粉體、導電劑、粘合劑顆粒噴灑至箔集體上，讓噴灑物質在靜電的作用下帶負電吸附到箔體，隨后對其進行熱壓，粘接劑融化后會粘連其他粉末并被擠壓成自支撐膜。使用該制作方法的企業(yè)主要分布于日本、韓國，比如豐田、LG、日立、瑞翁等。
干法電極技術優(yōu)劣勢分析
傳統(tǒng)濕法工藝是將正負極粉末狀材料與溶劑混合制成漿料，涂于箔材中再烘烤，最終變成可以使用的極片。干法工藝不用溶劑，而是采用特殊的粘結劑注入粉末中壓實于箔材上，取消烘干步驟。
干法技術相比于傳統(tǒng)濕法技術，在材料、工藝、裝備上有較大變化，盡管可節(jié)省成本，但各個環(huán)節(jié)的難度會加大，缺少水分的材料對金屬材質的設備也會形成磨損，尤其是在組裝硫化物電解質時，干法工藝還會對設備產(chǎn)生腐蝕，所產(chǎn)出的金屬碎屑可能會危害電芯內(nèi)部結構，影響電芯性能。
粘合劑原纖化在工序第一步混合粉體材料的時候，干法電極工藝也很難讓粉體完全均勻，不均勻的話成型極片無法使用，照樣會影響良率。如果干法電極涂層不均勻，可能會在電極中形成所謂的“hot spots”，導致電池電性能衰減、潛在短路甚至災難性的電池事故。
輥壓環(huán)節(jié)也有相應難關需要克服，傳統(tǒng)濕法電極工藝是軋輥將干燥后的極片壓實，但干法電極只能將石墨材料壓實，金屬鋰負極材料以及高鎳三元正極材料很難壓實成光滑的界面。正因為金屬很難壓實，所以設備才會損傷，可是設備損傷后的修復時間至少要一個月以上，還是會耽誤良率和成本。
馬斯克也披露過在研究干法電極工藝時遇到的困難：“干法電極工藝中正極材料環(huán)節(jié)較為復雜，當正極粉體被壓制一定厚度時，壓力超負荷就會導致材料變形，電極膜和集流體需要分開收放卷再集合，如何保障粉體的活性物質不被破壞，內(nèi)部阻抗變大問題等也相當棘手�！�
干法電極靜電噴涂法也有顯著的優(yōu)點和缺點，同粘合劑原纖化一樣，靜電噴涂法較為環(huán)保，縮短了熱固化時間，電極選擇范圍廣，電極厚度和均勻性控制較好，但在后續(xù)的可加工性、粘連穩(wěn)固性、電極柔韌和耐久上表現(xiàn)不佳。
干法電極設備
干法電極主流的自支撐膜制造設備分為氣流粉碎機、螺桿擠出機以及開煉機。
氣流粉碎機：壓縮空氣通過噴嘴高速射入粉碎腔后，活性物質及粘接劑混合物通過進料口到達粉碎腔�；旌衔镌诟邏簹饬鞯淖饔孟孪嗷ヅ鲎卜鬯閷崿F(xiàn)原纖化，最后，混合物隨氣流上升至分級腔在輥壓設備作用下形成自支撐膜。氣流粉碎機的工作效率最高。
螺桿擠出機：混料自料口進入螺桿充滿螺槽后，會在旋轉的螺桿作用下在料筒內(nèi)壁和螺桿表面不斷被壓實、攪拌以及混合。在壓縮段結束處，螺桿會將混合均勻的物料按要求擠出機頭，在機頭中混合物會被塑成電極膜并送離擠出機，螺桿擠出機的良率最高。
開煉機：兩個相對回轉的輥筒對物料產(chǎn)生擠壓后，由于兩個輥筒的速比不同，可以產(chǎn)生對混料產(chǎn)生剪切力，速比越大剪切力越強。在輥筒的高剪切力下，混合物內(nèi)部的分子鏈會被打斷，實現(xiàn)均勻的混合，多次往復后在粘接劑原纖化的作用下即生成電極膜。
干法電極工藝較濕法對輥壓設備的工作壓力、輥壓精度以及均勻度提出更高要求。頭部輥壓設備廠商或率先受益于干法電極對于新型輥壓機的迭代需求。設備大型化集成化是未來發(fā)展趨勢。將加料、混料、纖維化、制膜、輥壓、分切、收卷等功能集成在一起，降低流轉時間，提高效率及一致性等，設備價值量更高。
國內(nèi)干法電極設備企業(yè)主要有琥崧科技集團股份有限公司、邢臺納科諾爾精軋科技股份有限公司、清研納科智能裝備科技（深圳）有限公司、上海聯(lián)凈自動化科技有限公司、江蘇嘉拓新能源智能裝備股份有限公司、三一技術裝備有限公司、廣東利元亨智能裝備股份有限公司、蘇州東福來機電科技有限公司、東莞市瑯菱機械有限公司、無錫先導智能裝備股份有限公司、深圳市信宇人科技股份有限公司、深圳市曼恩斯特科技股份有限公司、合肥科晶材料技術有限公司、深圳市尚水智能股份有限公司、步納（上海）機械設備有限公司等。
參考來源：
張永柱.固態(tài)電池干式涂布工藝技術設備的產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化進程研究
粉體網(wǎng)、鋰電聯(lián)盟會長、網(wǎng)絡公開信息等
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/蘇簡）
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